CN102449458A - 具有温控冷却风机的测试台 - Google Patents

Abstract

测试台包括负载装置(2)和用于冷却负载装置(2)的风机装置(9)。利用一个或多个温度传感器(15～19)，可以识别负载装置(2)处的温度并因此调节风机装置(9)的风机马达(10)的速度。例如，设定风机速度随着负载装置(2)处的温度改变而在预定范围内线性改变。在温度传感器之一判断为超过预定限值的情况下，将风机设置为最大速度。响应于超过另一较高的温度限值，关闭负载装置(2)。

Description

具有温控冷却风机的测试台

技术领域

本发明涉及用于测试试样的测试台。

背景技术

已知以下测试台，例如发动机或传输测试台，这些测试台利用例如功能测试、机械负载的耐久性试验以及消耗、废气、噪声或气候检查来支持研究和开发。发动机测试台以此模拟在不同环境或应用条件下的整个车辆中的发动机的工作。在测试台中，试样可以连接至负载装置，例如异步机器、永磁发动机、液压测功机或涡流制动器。负载装置模拟发动机在实际工作时必须操作的负载。用作负载装置的电动马达通常也被称为测功机。

在工作期间，这种测功机需要高功率的冷却系统以避免过热。由此注意到测功机必须完全吸收并移除试样所供给的功率是很重要的。

已知许多冷却方法，主要是涉及诸如水或油等的液体介质的，其次是涉及空气的。用空气冷却的测功机具有不需要昂贵和复杂的液体供给以及处理的优点。然而，在空气冷却的情况下，冷却风机所引起的极高的噪声水平是不利的。

通常，这种冷却风机总是以全功率运行，以确保每个工作状态下测功机足够冷却和最大程度地指定空气吸入温度。由此产生的噪声水平可以使得在测试台附近工作变得更加困难。另外，尽管在特定的测试状态下，较小的冷却功率是足够的，但冷却风机仍以全功率运行，这浪费了能量。

根据专利文献JP 2006-023244已知，在利用冷却风机来冷却测功机的情况下，在测试台中根据供给至测功机的电流来改变风机马达的速度。然而，由于试样的速度和由此测功机的速度或负载在测试周期内均频繁变化这一事实，供给至测功机的电流必定频繁改变，由此导致风机速度改变了。测试台操作人员能够感觉到由此产生的风机马达的啸声并感到不舒服；另外，持续的加速降低了风机的耐久性。

发明内容

本发明所基于的目标是指定一种可以避免现有技术状态下的上述缺点的测试台。

通过根据权利要求1的测试台解决了根据本发明的该目标。此外，指定了这种测试台的操作过程。可以在从属权利要求中找到本发明的实施例。

一种用于测试试样的测试台，包括：负载装置，其包括负载轴以及定子和转子，所述负载轴由相互分隔开的两个支持装置支持并且能连接至所述试样，所述转子配置在所述负载轴上并且能够在所述定子中转动；以及风机装置，用于冷却所述负载装置，并且包括风机马达和用于改变所述风机马达的速度的速度控制装置。其中，所述风机装置还包括风机马达控制装置，所述风机马达控制装置包括第一温度传感器，所述第一温度传感器配置在所述定子的定子绕组处并且用于生成测量信号，所述测量信号例如与所测量到的温度大致成线性关系。所述风机马达控制装置还包括控制单元，所述控制单元用于进行以下控制措施：根据所述第一温度传感器的测量信号，基于直接配置所述风机马达的速度和所述第一温度传感器所测量到的温度的形式的控制设置，来持续驱动所述风机装置的所述速度控制装置。

在定子绕组处设置有用于持续测量定子绕组的温度的第一温度传感器。基于相应的测量信号来调节风机马达的速度。当负载装置在特定测试过程中引起大电流并因此而加热时，通过第一温度传感器在定子绕组处直接检测到该加热。第一温度传感器将测量信号供给至控制单元，然后控制单元增大风机马达的速度以获得更高的通过负载装置的冷却空气量。这样可以减少负载装置的不可接受的加热。

当定子绕组处的温度再次降低时，第一温度传感器也检测到该情况，于是控制单元可以再次降低风机马达的速度。

根据冷却风机的设计，还设置相应的死区(dead time)元件或延迟元件，以使得定子绕组处的每次轻微的温度改变不立即导致风机速度的改变。仅在负载未减小且因此温度未降低的情况持续了预定时间之后，才增大(或相应的减小)风机速度。

同样，还可以设置例如多个交错的限值或阈值，在超过该限值或阈值或降低到该限值或阈值以下时，相应地增大或减小风机速度。在该情况下，风机速度不是线性地而是逐步地跟随温度。这可以通过滞后来实现，从而防止以过短的时间间隔进行速度改变。

代替温度改变和风机速度之间的线性关系，还可以选择递增或递减的关系。这也取决于测试台中的各个条件和所产生的冷却可能性。

所述风机马达控制装置还包括第二温度传感器和第三温度传感器，所述第二温度传感器和第三温度传感器分别配置在用于支持负载轴的所述两个支持装置之一中。相应地，所述控制单元还被设计为进行以下控制措施：

在所述第二温度传感器和/或所述第三温度传感器识别到超过针对各支持装置设置的支持部预警限值时，驱动所述风机装置的所述速度控制装置以调节至所述风机马达的最大速度，

在所述第二温度传感器和/或所述第三温度传感器识别到超过针对各支持装置设置的支持部报警限值时关闭所述负载装置，其中所述支持部报警限值大于所述支持部预警限值。

在该实施例中，相应地设置了两个另外的温度传感器，用于分别监视设置在负载装置中的负载轴的支持部处的温度。当两个温度传感器之一判断为超过第一阈值(支持部预警阈值)时，通过控制单元评价相应的信号，然后控制单元将风机马达的速度增大至预定的或技术上的最大值。通过这样，冷却风机提供该工作状态下的最大冷却功率以冷却整个负载装置和支持装置。

然而，如果支持部处的温度进一步增大，两个温度传感器之一，即第二温度传感器或第三温度传感器可以识别到超过预定的支持部报警限值。然后控制单元启动相应的措施以关闭负载装置，从而防止负载装置或整个测试台的损坏。超过支持部报警限值是测试台故障的迹象。

应当以温度传感器能够尽可能可靠地确定支持部中的温度变化的方式在两个支持装置处配置温度传感器。

可选择地，所述风机马达控制装置至少包括第四温度传感器和第五温度传感器，所述第四温度传感器和所述第五温度传感器配置在所述定子绕组处并且用作限值传感器。所述控制单元被设计为进行以下控制措施：

在所述第四温度传感器识别到超过针对所述定子绕组的温度设置的定子预警限值时，驱动所述风机装置的所述速度控制装置以调节至所述风机马达的最大速度，

在所述第五温度传感器识别到超过针对所述定子绕组的温度设置的定子报警限值时关闭所述负载装置，其中，所述定子报警限值大于所述定子预警限值。

因此，可选择地，除了上述第一温度传感器以外，还可以在定子绕组处设置另外的温度传感器，即第四温度传感器和第五温度传感器作为限值传感器。以温度传感器之一(第四温度传感器)立即识别到超过定子预警限值的方式来设计该温度传感器。以在超过预警限值的情况下必须利用最大冷却功率来冷却负载装置的方式设计该预警限值。因此，将风机马达的速度调节至最高的可能值。

在另一温度传感器(第五温度传感器)检测到超过定子报警限值时关闭负载装置，从而防止负载装置或测试台的损坏。

无需说明，温度传感器是“第四”还是“第五”是随机选择的。重要的是，这两个温度传感器中之一被设计为监视定子预警限值，而另一用于监视超过定子报警限值。

可以设置第四温度传感器和第五温度传感器来替换上述第二温度传感器和第三温度传感器，或者除了上述第二温度传感器和第三温度传感器以外还设置第四温度传感器和第五温度传感器。因此，术语“第一温度传感器”、“第二温度传感器”等仅用于以清楚的名字来表达提供各温度传感器的目的。然而，不通过命名来确定层次结构。测试台可以容易地配备第一温度传感器、第四温度传感器和第五温度传感器，而不设置第二温度传感器和第三温度传感器。由此，这些术语不用于列举温度传感器。

负载装置可以是测功机或者可以包括测功机，如已经通过现有技术所进行的以上说明。

所述第一温度传感器、所述第二温度传感器和/或所述第三温度传感器分别包括铂温度传感器，特别是Pt100温度传感器。PT100传感器是基于铂在温度影响下的电阻改变的温度传感器。该温度传感器是稳健的，并且特征在于高精度。这种传感器的电阻曲线几乎是线性的。

所述第四温度传感器和/或所述第五温度传感器分别包括具有非线性电阻曲线的PTC(正温度系数)温度传感器，特别是PTC三重温度传感器。PTC三重温度传感器以例如DIN 44082为标准，并用于保护电子机器来防止热过载。PTC三重温度传感器特别地识别到超过预设的限值，响应于此，测量传感器中的电阻剧烈地改变。

除了所述第四温度传感器和所述第五温度传感器以外，在所述定子绕组处还设置有至少一个其它温度传感器。这意味着在看起来合理的情况下，除了第四温度传感器和第五温度传感器以外，在定子绕组处还配置其它温度传感器。

在第四温度传感器和第五温度传感器的情况下，所述其它温度传感器还可以包括具有非线性电阻曲线的PTC温度传感器，特别是PTC三重温度传感器。

在用于驱动所述风机马达的速度控制装置的控制设置中，可以设置包括所述风机马达的速度和所述第一温度传感器所测量到的温度之间的线性关系的范围。在这种情况下，存在风机马达的速度和第一温度传感器所测量到的温度的直接配置。

特别地，可以设置预设温度下限和预设温度上限之间的线性关系。只要测功机温度低于温度下限，风机马达就以预设最小速度转动。当测功机的温度在温度下限和温度上限之间的范围中变动时，风机速度也相应地线性改变。在温度上限以上，将风机速度设置为最大速度。

可以以在所述定子绕组的外围均匀分布的方式配置PTC温度传感器，特别是PTC传感器。这样，可以可靠地监视整个定子绕组的温度。

所述速度控制装置可以包括变频器，所述变频器用于调节或提供对所述风机马达的供电电流。特别地，提供作为三相电流来供电电流。

对于测试台的上述指定操作，提供了用于控制风机马达的速度的方法。

附图说明

以下利用附图通过实施例更详细地说明本发明的这些以及其它优点和特征：

图1示出根据本发明的测试台的基本设计；

图2示出针对测功机的温度监视的设计；

图3示出风机控制的基本设计；以及

图4示出用于控制风机速度的特性。

具体实施方式

图1示意性地示出与本发明有关的测试台的设计。

测试台用于测试试样1，在所示出的实施例中通过内燃机来形成试样1。试样1不是测试台的组件。可代替地，仅将试样容纳部认为是测试台的一部分，然而在图1中未详细示出该容纳部。

与试样1同轴地设置了用作负载装置的测功机2。试样1和测功机2被支持在未示出的基座(底座、基板等)上。

原理上，测功机2与例如异步机器或永久马达的电动马达相对应，并且本身是已知的。测功机2包括负载轴3，负载轴3上设置了转子4，转子4被配置为可在定子5上转动，定子5设置在测功机2的内部。其中，通过本身已知的定子绕组来形成定子5。将负载轴3与马达轴1a同轴配置，并经由自对准的连接器6以已知的方式连接至马达轴1a。

在两个支持部7、8处支持负载轴3。支持部可以支持在测功机2的壳体上，以使得可以经由壳体将支持力向下释放至底座。

在测功机2上配置风机装置9。风机装置9用于冷却测功机2。为此，风机装置9包括风机马达10，风机马达10驱动通风机11。通风机11配置在风道12中。在风道12的空气入口处设置空气过滤器13。

在工作期间，通过风机马达10驱动的通风机11经由空气过滤器13吸取空气，并将空气传送至测功机2。然后，以适当的方式排出空气，例如经由壳体中设置的冷却槽或经由另一风道在测功机2的相反侧排出空气。

以上所述的组件基本上是已知的，并且可以在许多测试台中发现。另外，可以使用例如用于校正测试台的校正装置、测量装置、废气排出装置、介质供给和排出装置、空气调节器等的其它装置。然而，这些装置对于本发明来说不重要，由此没有被详细示出。

风机装置9还包括变频器14，用于将电流供给至风机马达10并调节风机马达10的速度。由此，变频器14用作速度控制装置并提供三相交流电。可以根据变频器14的驱动来改变风机马达10的速度。

另外，风机装置包括由多个组件形成的风机马达控制装置。

例如，在定子绕组处配置被设计为Pt100传感器的第一温度传感器15。

在两个支持部7、8处配置也设计为Pt100传感器并监视支持部的温度的第二温度传感器16和第三温度传感器17。

最后，在定子5的绕组处设置被设计为PTC(正温度系数)三重传感器的第四温度传感器18和第五温度传感器19。

将温度传感器的测量信号供给至共同的控制单元20，如图1利用线所示。控制单元20评价温度传感器的信号并经由控制线21将相应的控制信号发送至变频器14，从而以期望的方式调节风机马达10的速度。

第一温度传感器15识别定子5的特定位置处的温度，并持续地或周期性地根据测功机2的实际温度来供给相应的测量信号。根据测量信号，控制单元20计算针对变频器14的相应的控制值，以使得调节出风机马达10的期望速度。

第二温度传感器16和第三温度传感器17监视支持部7、8的温度。当通过第二温度传感器16或第三温度传感器17或者通过用于评价各个测量信号的控制单元20判断为在支持部7、8之一中超过了第一限值(支持部预警限值)时，控制单元20以以下方式驱动变频器14：风机马达10以最大的可能速度工作，以到达最高的可能冷却功率。

然而，在第二温度传感器16或第三温度传感器17识别到超过另一更高的限值(支持部报警限值)的情况下，控制单元20关闭测功机2或甚至整个测试台。

第二温度传感器16和第三温度传感器17由此至少能够识别超过两个限值。

相反，第四温度传感器18和第五温度传感器19在各情况下仅识别超过单一限值。温度传感器18、19之一，例如第四温度传感器18以以下方式设计：其识别到超过定子预警限值，然后控制单元给出控制信号从而使风机以最大功率工作。

另一温度传感器，例如第五温度传感器19识别超过较高的限值，即所谓的定子报警限值，在该定子报警限值以上，设备可能被损坏。因此，当达到或超过定子报警限值时，控制单元20关闭设备或至少关闭测功机2。

图2再次示出了风机控制的基本设计，特别是以不同方式示出温度传感器的配置。

在图3中清楚示出上述风机控制的切换原理。

图4示出基于来自第一温度传感器15的测量信号来控制风机速度的特性曲线。

因此，特性曲线包括温度t₁以下的范围，在该情况下，将风机速度恒定保持在最小水平V_min。

在t₁和t₂之间的温度范围内，风机速度以线性方式持续增大直到响应于温度t₂而达到最大速度V_max。

在温度t₂以上维持最大速度V_max。

还可以选择不同的特性曲线过程，例如递增的、递减的或分段的来代替图4所示的温度t₁和t₂之间的线性关系。

第四温度传感器18和第五温度传感器19包括非线性跳跃特性，这提供了超过温度限值的判断。例如，可以将这些温度传感器中的至少一个传感器连接至具有阈值检测器的测量放大器的输入端。将阈值或限值分别设置为预定温度值，例如适用于设备的定子预警限值。阈值检测器的输出触发变频器14处的数字输入。该输入促使变频器14使风机马达以最大速度工作。可以在控制单元20中配置测量值放大器和阈值检测器。

对于响应于超过支持部报警限值或定子报警限值而关闭测功机2，控制单元20可以经由未示出的切换单元来实现此。

第四温度传感器18和第五温度传感器19可以随机，例如以相互之间相距相同的距离配置在定子5的外围。基于安全的原因，使用多于一个的PTC传感器，并用于获得定子绕组的温度分布的概况。

还可以容易地在定子5的绕组处配置多于两个的PTC传感器(第四温度传感器18和第五温度传感器19)，以改善温度监视。在这些PTC传感器中只要有一个PTC传感器表示超过各自的限值，控制单元20就采用所提供的措施，尤其将风机速度增大至最大值。

Claims (15)

1.一种用于测试试样(1)的测试台，包括：

负载装置(2)，其包括

负载轴(3)，其由相互分隔开的两个支持装置(7，8)支持，并且能够连接至所述试样(1)；

定子(5)；以及

转子(4)，其配置在所述负载轴(3)上，并且能够在所述定子(5)中转动；以及

风机装置(9)，用于冷却所述负载装置(2)，并且包括风机马达(10)和用于改变所述风机马达(10)的速度的速度控制装置(14)，其中，

所述风机装置还包括风机马达控制装置，

所述风机马达控制装置包括第一温度传感器(15)，所述第一温度传感器(15)配置在所述定子(5)的定子绕组处并且用于生成测量信号，

所述风机马达控制装置还包括控制单元(20)，所述控制单元(20)用于进行以下控制措施：

根据所述第一温度传感器(15)的测量信号，基于所述风机马达(10)的速度和所述第一温度传感器(15)所测量到的温度的配置关系的形式的控制设置，来驱动所述风机装置(9)的所述速度控制装置(14)。

2.根据权利要求1所述的测试台，其特征在于，

所述风机马达控制装置还包括第二温度传感器和第三温度传感器(16，17)，所述第二温度传感器和第三温度传感器(16，17)分别配置在所述两个支持装置(7，8)之一处，以及

所述控制单元(20)还被设计为进行以下控制措施：

在所述第二温度传感器(16)和/或所述第三温度传感器(17)识别到超过针对各支持装置(7，8)设置的支持部预警限值的情况下，驱动所述风机装置(9)的所述速度控制装置(14)来调节出所述风机马达(10)的最大速度，

在所述第二温度传感器(16)和/或所述第三温度传感器(17)识别到超过针对各支持装置(7，8)设置的支持部报警限值的情况下关闭所述负载装置(2)，其中所述支持部报警限值大于所述支持部预警限值。

3.根据权利要求1或2所述的测试台，其特征在于，

所述风机马达控制装置至少还包括第四温度传感器和第五温度传感器(18，19)，所述第四温度传感器和所述第五温度传感器(18，19)配置在所述定子绕组处并且用作限值传感器，

所述控制单元(20)还被设计为进行以下控制措施：

在所述第四温度传感器(18)识别到超过针对所述定子绕组的温度设置的定子预警限值的情况下，驱动所述风机装置(9)的所述速度控制装置(14)来调节出所述风机马达(10)的最大速度，

在所述第五温度传感器(19)识别到超过针对所述定子绕组的温度设置的定子报警限值的情况下关闭所述负载装置(2)，其中，所述定子报警限值大于所述定子预警限值。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的测试台，其特征在于，所述负载装置(2)是测功机。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的测试台，其特征在于，所述第一温度传感器(15)、所述第二温度传感器(16)和/或所述第三温度传感器(17)分别包括铂温度传感器，特别是Pt100温度传感器。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的测试台，其特征在于，所述第四温度传感器(18)和/或所述第五温度传感器(19)分别包括具有非线性电阻曲线的正温度系数半导体元件温度传感器，特别是PTC三重温度传感器。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的测试台，其特征在于，除了所述第四温度传感器(18)和所述第五温度传感器(19)以外，在所述定子绕组处还设置有至少一个其它温度传感器。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的测试台，其特征在于，所述其它温度传感器包括具有非线性电阻曲线的正温度系数半导体元件温度传感器，特别是PTC三重温度传感器。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的测试台，其特征在于，在用于驱动所述风机马达(10)的所述速度控制装置(14)的所述控制设置中，设置了具有所述风机马达(10)的速度和所述第一温度传感器(15)所测量到的温度之间的线性关系的范围。

10.根据权利要求1～9中任一项所述的测试台，其特征在于，设置了在预设温度下限(t1)和预设温度上限(t2)之间的线性关系。

11.根据权利要求1～10中任一项所述的测试台，其特征在于，所述正温度系数半导体元件温度传感器、特别是PTC传感器被配置为在所述定子绕组的外围均匀分布。

12.根据权利要求1～11中任一项所述的测试台，其特征在于，所述速度控制装置(14)包括变频器，所述变频器用于调节提供给所述风机马达(10)的电流。

13.一种用于控制冷却根据权利要求1～12中任一项所述的测试台的负载装置(2)用的根据权利要求1～12中任一项所述的风机装置(9)中的风机马达(10)的速度的方法，其中，所述风机马达控制装置的控制单元(20)进行以下控制措施：

根据所述第一温度传感器(15)的测量信号，基于以所述风机马达(10)的速度和所述第一温度传感器(15)所测量到的温度的配置关系的形式的控制设置，来持续驱动所述风机装置(9)的所述速度控制装置(14)。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述控制单元进行以下控制措施：

在所述第二温度传感器(16)和/或所述第三温度传感器(17)识别到超过针对各支持装置(7，8)设置的支持部预警限值的情况下，驱动所述风机装置(9)的所述速度控制装置(14)来调节出所述风机马达(10)的最大速度，

在所述第二温度传感器(16)和/或所述第三温度传感器(17)识别到超过针对各支持装置(7，8)设置的支持部报警限值的情况下关闭所述负载装置(2)，其中所述支持部报警限值大于所述支持部预警限值。

15.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，所述控制单元进行以下控制措施：

在所述第四温度传感器(18)识别到超过针对所述定子绕组的温度设置的定子预警限值的情况下，驱动所述风机装置(9)的所述速度控制装置(14)来调节出所述风机马达(10)的最大速度，

在所述第五温度传感器(19)识别到超过针对所述定子绕组的温度设置的定子报警限值的情况下关闭所述负载装置(2)，其中，所述定子报警限值大于所述定子预警限值。

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